SK9783Y1 - Stirlingov motor - Google Patents

Abstract

Valce (3, 4) motora obsahujú piest (1, 2) s vybraním (12), v ktorom je uložený tepelný výmenník (10, 11). Tepelný výmenník (10) prvého valca (3) je pripojený k ohrievaču (5) a tepelný výmenník (11) druhého valca (4) k chladiču (6). Z oboch valcov (3, 4) je do regenerátora (8), umiestneného v prepojovacom kanáli (7) medzi nimi, vyvedený jednak obojsmerný priechod (9), a jednak jednosmerný vývod (13). Tepelné výmenníky (10, 11) sú upevnené na čelách valcov (3, 4) a vybavené priechodným otvorom (17), cez ktorý prechádza tŕň (15) vytvorený na pieste (1, 2). Pri pieste (1, 2) v hornom úvrate tŕň (15) uzatvára obojsmerný priechod (9) a telo piesta (1, 2) uzatvára jednosmerný vývod (13). Tepelné výmenníky (10, 11) sú výhodne lamelové, vybavené kvapalinovým okruhom. Piesty (1, 2) sú rovnobežné, výhodne sú prepojené s vačkovým mechanizmom typu zdvih-pokles-oneskorenie.

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka nového konštrukčného riešenia Stirlingovho motora typu α umožňujúceho dosiahnutie vyššej účinnosti, najmä na využitie v energetike.

Doterajší stav techniky

Klasický Stirlingov motor typu α je dvojvalcový teplovzdušný motor. Jeho konštrukciu opisuje napríklad Wikipédia. Stirlingov motor je tu opísaný ako spaľovací motor s vonkajším spaľovaním, pracujúci s cyklickým stláčaním a expanziou pracovného plynu. Tento motor má dva pracovné piesty v oddelených valcoch, každý so svojím piestom. Jeden je teplý valec, nazývaný aj ako expanzný valec, tento valec je pripojený na zvonku valca situovaný ohrievač. Druhý je studený valec, nazývaný aj ako kompresný valec, ten je pripojený na zvonku valca situovaný chladič. Pomocou piestov dochádza k stláčaniu pracovného plynu pri nízkej teplote a expanzii pri vysokej teplote. Pracovný plyn je presúvaný z teplého valca do studeného a naopak cez regenerátor, ktorý je zapojený medzi valcami. Prepojenie medzi valcami je zaistené pomocou prepojovacieho kanála s obojsmerným priechodom do pracovného priestoru valcov. Regenerátor je tepelný výmenník, ktorý uschováva tepelnú energiu v čase medzi expanziou a kompresiou pracovného plynu. Regenerátor môže tvoriť výplň umiestnenú v prepojovacom kanáli medzi valcami alebo prípadne je v obojsmernom prepojovacom kanáli medzi valcami zapojený individuálny regenerátor vhodného typu. V teplom valci plyn expanduje pri vysokej teplote ohrievača. V studenom valci sa plyn stláča pri nízkej teplote chladiča. Piesty sú vybavené pohybovým mechanizmom, ktorým je obvykle kľukový hriadeľ. Piesty sú proti sebe v uhle bežne 90°. Ide o motor s uzavretým obehom, v ktorom prebieha transformácia tepelnej energie na mechanickú prácu.

Príkladom iného konštrukčného riešenia Stirlingovho motora typu α je motor podľa CZ PV 2002-2455. Tu sú opísané dva piesty, ktoré sú proti sebe v ostrom uhle, tieto piesty sú spojené pomocou Hookovho kĺbu nastaveného v tupom uhle, väčšom ako 120° a menšom ako 180°. Valce piestov sú tu prepojené jednoduchým spojovacím potrubím. Regenerátor a chladič sú umiestnené mimo spojovacieho potrubia, na kanáli tvorenom tzv. vyrovnávacím potrubím, ktoré má vstup a výstup do studeného valca. Vstupy a výstupy do/z prepojovacieho potrubia sú uskutočnené obojsmernými priechodmi. Tepelný výmenník tvorí jednak nahrievacia komora, usporiadaná tak ako koncová časť valca nad chladeným, studeným piestom, ako aj spojovacie potrubie.

Pri všetkých známych typoch Stirlingovho motora majú piesty podobu jednoduchého plného telesa v tvare zodpovedajúcom tvaru piestnice, v ktorej je piest umiestnený, pričom piest má rovné čelo aj dno. V terminológii daného odboru sa spravidla používa pre piestnicu Stirlingovho motora názov valec, hoci má niekedy piestnica iný tvar, napríklad ako nádoba s prierezom oválu alebo pravidelného mnohohranu. Tomu potom zodpovedá aj tvar piesta, ktorého teleso je valec, hranol, osemsten a podobne.

Stirlingov motor typu alfa je významný svojou účinnosťou. V súčasnosti zvyšuje jeho význam možnosť použitia alternatívnych a obnoviteľných zdrojov energie. Problémom pri týchto zariadeniach je mŕtvy priestor piestov, ktorý znižuje dosahovanú účinnosť.

Nevýhodou v súčasnosti známych Stirlingových motorov typu alfa je, že neumožňujú dosahovať ideálny cyklus, čo sa týka účinnosti. Nad piestmi vzniká dočasne mŕtvy priestor spôsobujúci znížený kompresný pomer piestov. Sú používané niektoré typy regenerátorov s relatívne nízkou teplovýmennou plochou. Dráha pracovného plynu je pomerne dlhá. Teplovýmenné plochy, na ktorých sa vykonáva ohrev alebo chladenie pracovného plynu, sú relatívne malé. Ďalšou nevýhodou je, že zdroj tepla nemôže byť vzdialený od motora. Motor môže byť pripojený iba k jednému zdroju tepla. Nie je možná regulácia pomocou cyklického privierania expanzného a kompresného priestoru alebo jednosmerným prúdením pracovného plynu.

Podstata technického riešenia

Uvedené nevýhody odstraňuje v značnej miere technické riešenie. Technické riešenie podstatne vylepšuje a upravuje konštrukčne Stirlingov motor typu alfa, zahŕňajúci dva piesty pohyblivé každý v jednom valci, regenerátor, ohrievač ako zdroj tepelnej energie mimo valca a chladič ako odberné miesto tepelnej energie mimo valca. Ohrievač aj chladič sa nachádzajú mimo valcov a regenerátor sa nachádza v prepojovacom kanáli, ktorý prepája pracovný priestor prvého valca s pracovným priestorom druhého valca, pričom prepojovací kanál je k pracovnému priestoru valcov pripojený prostredníctvom obojsmerných priechodov. Podstatou nového riešenia je, že oba piesty sú vybavené aspoň jedným vybraním, pričom k ohrievaču je pripojený prvý tepelný výmenník a k chladiču je pripojený druhý tepelný výmenník, kde tieto tepelné výmenníky, resp. ich teplovýmenné plochy, sa nachádzajú v pracovnom priestore valcov a svojím tvarom a rozmermi aj umiestnením zodpovedajú vybraniu tak, že aspoň sčasti zapadajú do vybrania piestov. Prvý tepelný výmenník zapadá do vybrania piesta v prvom valci a druhý tepelný výmenník zapadá do vybrania piesta v druhom valci.

Výhodne je z pracovného priestoru každého valca vyvedený jednosmerný vývod do regenerátora. Jednosmerné vývody sú vyvedené z pracovného priestoru valcov, vždy na inom mieste, než do pracovného priestoru ústi obojsmerný priechod.

Jednosmerný vývod je výhodne vybavený jednosmerným uzáverom v mieste výstupu z valca.

Výhodne telo piestov zahŕňa tŕň, ktorý uzatvára obojsmerný priechod z valca tohto piesta do prepojovacieho kanála, a to pri polohe piesta, pri ktorej sa piest nachádza v hornom úvrate. Obojsmerný priechod je v tom prípade situovaný nad tŕňom. Rozmery, tvar i poloha tŕňa sú zvolené tak, že pri polohe piesta v hornom úvrate tŕň na obojsmerný priechod tesne dosadá a uzatvára obojsmerný priechod.

Výhodne tŕň vybieha z dna vybrania.

Výhodne sú prvý aj druhý tepelný výmenník vybavené otvorom na pohyb tŕňa a média. Prostredníctvom tohto otvoru prechádza tŕň pri svojom pohybe cez tepelný výmenník, pričom cez celý tepelný výmenník prebieha aspoň pri hornom úvrate piesta.

Tepelné výmenníky svojou hornou časťou výhodne tesne dosadajú na čelo valcov, a to na inom mieste, než kde do pracovného priestoru ústi obojsmerný kanál. Tvary, rozmery a umiestnenie prvkov si navzájom zodpovedajú tak, že v polohe horného úvratu piesta sú celé tepelné výmenníky uložené vo vybraní piestov a zapadajú doň iba s medzerou nutnou na pohyb média. Veľkosť medzery je možné vypočítať a stanoviť ako veľkosť potrebnú na prúdenie pracovného plynu. Jednosmerné vývody z valcov sú v tom prípade situované výhodne nad piestom, na takom mieste, že jednosmerný vývod je pri polohe horného úvratu piestom uzavretý.

Výhodne sú do valcov zvolené lamelové tepelné výmenníky. V oboch valcoch sa v tom prípade nachádza lamelový tepelný výmenník s kvapalinovým okruhom.

Piesty sú výhodne v polohe, pri ktorej majú rovnobežné osi, a pri tejto polohe sú vybavené vačkovým mechanizmom typu zdvih-pokles-oneskorenie.

Vačky vačkového mechanizmu typu zdvih-pokles-oneskorenie sú výhodne mechanicky spojené na otáčavý pohyb rovnakým smerom a s rovnakým počtom otáčok. To umožňuje napríklad voľba mechanizmu s diskovými vačkami na hriadeli alebo mechanizmu bubnových vačiek mechanicky prepojených prostredníctvom ozubeného súkolesia.

Navrhnuté nové riešenie Stirlingovho motora typu alfa má zvýšený výkon v porovnaní s doterajším stavom a je využiteľný najmä pre generátory na výrobu elektriny. Umožňuje efektívne využiť odpadové teplo výfukových plynov zo spaľovania. Je tiež vhodný pre solárne zdroje tepla. Pri využití tepelnej energie zo slnečného žiarenia môže byť premenených až 40 % tepla na elektrickú energiu. Navrhnutý Stirlingov motor môže byť využitý na výrobu elektriny v kogeneračných jednotkách, v stavebných objektoch, napríklad pre všeobecné objekty, domácnosti alebo podnikateľské prevádzky. Môže umožniť aj využitie odpadového tepla z priemyselných procesov, ako sú prevádzky pekárne, pražiarne a pod., ktoré je možné pomocou tohto motora využiť na výrobu elektriny. Hlavnou výhodou tohto motora je vysoká účinnosť motora, vyššia ako pri doterajšom stave. Je dosahovaný takmer ideálny Stirlingov cyklus. Navrhnuté riešenie dosahuje zníženie mŕtveho priestoru vo valcoch a zvýšenie ich kompresného pomeru. Voľbou regenerátora tvoriaceho náplň v prepojovacom potrubí je vytvorená veľká teplovýmenná plocha regeneračného prvku motora. Je dosiahnutá minimálna dráha pracovného plynu pri veľkej využiteľnej teplovýmennej ploche tepelných výmenníkov. Zdroj tepla môže byť od motora vzdialený. Ďalšou výhodou je, že navrhnutý motor môže byť súčasne pripojený k viacerým zdrojom tepla. Navrhnutý motor umožňuje cyklické privieranie expanzného a kompresného priestoru aj jednosmerné prúdenie pracovného plynu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie je objasnené pomocou výkresov, kde znázorňujú obr. 1 schému príkladného Stirlingovho motora podľa technického riešenia, pri pohľade na zvislý rez cez piesty a prepojovací kanál, obr. 2 pohľad zhora na priečny rez jedným valcom s piestom a tepelným výmenníkom, v mieste naznačenom ako A-A na obr. 1, obr. 3 A, B, C a obr. 4 D, E rôzne fázy práce navrhnutého motora podľa polohy a smeru pohybu piestov, s naznačením smeru pohybu médií a vačiek, obr. 5 detail tepelného výmenníka, naznačeného na predchádzajúcich obrázkoch z dôvodu jednoduchosti iba blokovo, pri priestorovom pohľade spredu na zvislý rez vedený cez stred tepelného výmenníka, a obr. 6 priestorový pohľad šikmo zdola na celý tepelný výmenník z obr. 5.

Príklady uskutočnenia

Príkladom najlepšieho uskutočnenia technického riešenia je Stirlingov motor podľa obrázkov 1 až 6.

Ide o Stirlingov motor základného typu alfa, ktorý je konštrukčne upravený podľa technického riešenia. Obsahuje dva piesty 1, 2, pohyblivé každý v jednom valci 3, 4, ohrievač 5 tvoriaci zdroj tepelnej energie a chladič 6 ako odberné miesto tepelnej energie. Valce 3, 4 majú pracovný priestor nad piestmi 1, 2, pričom pracovný priestor prvého, expanzného valca 3 je prepojený s pracovným priestorom druhého, kompresného valca 4 prepojovacím kanálom 7. V prepojovacom kanáli 7 je zabudovaný regenerátor 8, tvorený akumulačným materiálom schopným absorbovať a akumulovať v sebe teplo z prúdiaceho média. Akumulačné materiály sú známe, môžu byť použité napríklad sklenené guľôčky alebo drvina na báze častíc pórovitej keramickej hmoty, alebo sústava plechových lamiel. Ako pracovné médium je použitý plyn. Ohrievač 5 aj chladič 6 sa nachádzajú mimo valcov 3, 4. Prepojovací kanál 7 je k pracovnému priestoru valcov 3, 4 pripojený prostredníctvom obojsmerných priechodov 9. K ohrievaču 5 je pripojený prvý tepelný výmenník 10 a k chladiču 6 je pripojený druhý tepelný výmenník 11. Obidva piesty 1, 2 sú vybavené vybraním 12. Prvý tepelný výmenník 10 sa nachádza v pracovnom priestore prvého, expanzného valca 3, druhý tepelný výmenník 11 sa nachádza v pracovnom priestore druhého, kompresného valca 4. V oboch valcoch je tepelný výmenník 10, 11 uložený vo vybraní 12. V tomto príkladnom uskutočnení ideálneho motora je z dôvodu zrozumiteľnosti a názornosti zvolený taký konkrétny tvar prvkov, aby zodpovedal zavedenému názvosloviu v danom odbore. Preto tu valce 3, 4 majú skutočne valcový tvar, teda majú podobu dutého telesa s prierezom v tvare kružnice. Adekvátne tomu tu majú príkladné piesty 1, 2 podobu plných telies, ktorých obvodová stena je taktiež v tvare kružnice. V praxi sa potom, ale ako valce 3, 4 podľa technického riešenia, môžu použiť, a teda rozumieť ako valce v zmysle technického riešenia, všetky tvary používané a nazývané ako valce motora v danom odbore, teda aj telesá s prierezom elipsovitým alebo ako mnohosteny a pod.

Z pracovného priestoru každého valca 3, 4 je na inom mieste, než sa nachádza obojsmerný priechod 9, vyvedený jednosmerný vývod 13 do regenerátora 8. Tieto jednosmerné vývody 13 sú v mieste výstupu z valcov 3, 4 vybavené jednosmerným uzáverom 14, napríklad jednoduchým uzatváracím ventilom.

Telo piestov 1, 2 obsahuje tŕň 15, umožňujúci dočasne uzatvárať obojsmerný priechod 9 do prepojovacieho kanála 7. Táto možnosť je dosiahnutá tvarom a vzájomným vhodným umiestnením tŕňa 15 a obojsmerného priechodu 9. Obojsmerný priechod 9 je situovaný nad tŕňom 15 a rozmery sú zvolené tak, že pri hornom úvrate piesta 1, 2 tŕň 15 na obojsmerný priechod 9 príslušného piesta 1, 2 tesne dosadá a daný obojsmerný priechod 9 je tŕňom 15 uzavretý.

V predvedenom ideálnom uskutočnení technického riešenia majú piesty 1, 2 obvodovú stenu v tvare valcového plášťa a tŕň 15 má tvar valca so skosenou hornou hranou. Vybranie 12 má obvodovú stenu tiež v tvare valcového plášťa a tŕň 15 vybieha uprostred z dna 16 vybrania 12, takže vybranie 12 vytvára v tele piestov 1, 2 dutinu v tvare medzikružia medzi tŕňom 15 a valcovou stenou vybrania 12. Existencii tŕňa 15 vo vybraní 12 sú prispôsobené svojím tvarom a typom aj oba tepelné výmenníky 10, 11. Sú použité lamelové tepelné výmenníky 10, 11, s teplovýmennými plochami tvorenými množinou lamiel, a oba tieto lamelové tepelné výmenníky 10, 11 sú vybavené otvorom 17, tvoriacim priechodný tunel na pohyb tŕňa 15 . Otvor 17 v každom z tepelných výmenníkov 10, 11, v tomto konkrétnom príklade stredový, spoločne s vybraním 12 umožňuje účinnejšie pretláčanie pracovného média okolo teplovýmenných plôch tepelných výmenníkov 10, 11 pri pohybe piestov 1, 2. Do tohto otvoru 17 sa tŕň zasúva a vysúva pri pohybe piestov 1, 2. Pri pohybe piesta 1, 2 hore sa tŕň 15 sunie postupne odspodu hore a tlačí médium okolo príslušného tepelného výmenníka 10, 11 hore do obojsmerného priechodu 9 a jednosmerného vývodu 13. Pri pohybe piesta 1, 2 smerom dole médium prúdi do valca 3 iba cez obojsmerný priechod 9 a vo valci 3, 4 prúdi dole okolo teplovýmenných plôch príslušného tepelného výmenníka 10, 11 a podeň. Podľa toho, o ktorý valec 3, 4 ide, dochádza k ohrevu a expanzii pracovného média alebo k chladeniu a zmenšovaniu objemu pracovného média. Ako pracovné médium je vhodný najmä vodík, hélium, dusík alebo vzduch.

V polohe, kedy je piest 1, 2 v hornom úvrate, prechádza jeho tŕň 15 cez príslušný tepelný výmenník 10, 11 v celom výškovom rozmere tepelného výmenníka 10, 11, a pritom tŕň 15 uzatvára obojsmerný priechod 9. Nie je podmienkou, aby bol tŕň 15 uprostred vybrania 12 alebo valca 3, 4, alebo aby bol rovnako vysoký ako okraj piesta 1, 2, závisí od voľby tvarov a umiestnenia prvkov motora, napríklad môže byť vyšší, ako tiež znázorňujú obrázky v tomto príkladnom uskutočnení.

Pri optimálnej realizácii technického riešenia tak, ako je ukázané v príkladnom uskutočnení na obrázkoch, sú tepelné výmenníky 10, 11 v pracovnom priestore valcov 3, 4 umiestnené tak, že svojou hornou časťou tesne dosadajú na čelo valcov 3, 4 a pri polohe horného úvratu piestov 1, 2 tepelné výmenníky 10, 11 celé zapadajú do vybrania 12 v pieste 1, 2, s obvodovou medzerou 18 nutnou na prúdenie pracovného média pri pohybe piestov 1, 2. Pri predvedenom optimálnom uskutočnení technického riešenia sa jednosmerné vývody 13 z valcov 3, 4 do regenerátora 8 nachádzajú nad piestom 1, 2 a piesty 1, 2 majú také rozmery a tvar, že pri polohe horného úvratu príslušného piesta 1, 2 je jednosmerný vývod 13 pri tomto pieste 1, 2 uzavretý. Teda pri hornej polohe prvého piesta 1 v expanznom valci 3 je uzavretý jednosmerný vývod 13 z expanzného valca 3 a pri hornej polohe druhého piesta 2 v kompresnom valci 4 je uzavretý jednosmerný vývod 13 z kompresného valca 4. V predvedenom príklade sú čelá valcov 3, 4 aj horné strany piestov 1, 2 rovné, čo ale nie je podmienkou, môžu byť napríklad vypuklé, vyduté alebo inak tvarované, ale navzájom si tvarom zodpovedajúce.

Pre motor podľa technického riešenia je optimálne zvoliť do valcov 3, 4 lamelové tepelné výmenníky 10, 11 s kvapalinovým okruhom, konštrukčne prispôsobené tvaru a rozmerom vybrania 12 v piestoch 1, 2 a tvare aj umiestnení tŕňov 15, ako ukazujú obrázky 5 a 6. Technické riešenie ďalej rieši aj zaistenie optimálneho pohybu piestov 1, 2. Piesty 1, 2 podľa technického riešenia majú na rozdiel od klasického Stirlingovho motora typu alfa rovnobežné osi. S cieľom dosiahnuť žiaduci pohyb sú výhodne vybavené vačkovým mechanizmom typu zdvih-pokles-oneskorenie. Vačky 19, 20 vačkového mechanizmu sú mechanicky spojené na otáčavý pohyb rovnakým smerom a s rovnakým počtom otáčok, napríklad spriahnutím na hriadeli alebo, ako v predvedenom príklade, pomocou dvoch hriadeľov 21, 22 a remeňa 23. Piesty 1, 2 sú pripojené k vačkovému mechanizmu napríklad prostredníctvom kladiek 24, 25.

Cirkulácia kvapaliny v kvapalinovom okruhu tepelných výmenníkov 10, 11 je zaistená bežným spôsobom pomocou čerpadla 26.

Konkrétny príklad práce motora je ukázaný na ukážke jednotlivých fáz motora na obrázkoch 3 a 4 a je nasledujúci.

Obr. 3 A ukazuje stav motora pri krajných polohách piestov 1, 2. Prvý piest 1, horúci, je hore v polohe horného úvratu, druhý piest 2, studený, je dole. Vačkový mechanizmus, konkrétne vačka 20 na obr. 3 A vpravo, zaistí krátke zotrvanie piestov 1, 2 v tejto polohe. V polohe, kedy je prvý piest 1 v hornom úvrate, prechádza jeho tŕň 15 cez prvý tepelný výmenník 10 v celom výškovom rozmere prvého tepelného výmenníka 10 a uzatvára obojsmerný priechod 9 z expanzného valca 3. Obojsmerný priechod 9 z kompresného valca 4, situovaný nad druhým piestom 2, je otvorený. Jednosmerný vývod 13 z expanzného valca 3 do regenerátora 8 uzavrel horný okraj prvého piesta 1. Jednosmerný uzáver 14 uzatvára jednosmerný vývod 13 z kompresného valca 4. Prúdenie pracovného média ustane.

Na obr. 3 B prvý piest 1, horúci, zostáva v hornom úvrate a uzatvára prepojovací kanál 7 na strane expanzného valca 3, zatiaľ čo druhý piest 2 sa pohybuje hore. Pri tomto pohybe druhý piest 2 stláča ochladené pracovné médium obsiahnuté v kompresnom valci 4 a vytláča ich ďalej cez obojsmerný priechod 9 a jednosmerný vývod 13 do prepojovacieho kanála 7 a tu do regenerátora 8. Keď druhý piest 2 vystúpi do horného úvratu, jeho tŕň 15 uzatvorí obojsmerný priechod 9 z kompresného valca 4 a okraj druhého piesta 2 uzavrie jednosmerný vývod 13 z kompresného valca 3. Motor prejde do ďalšej fázy podľa obr. 3 C.

V ďalšej fáze podľa obr. 3 C sa pohybuje prvý piest 1 dole z horného úvratu do dolného úvratu. Druhý piest 2 zotrváva hore v polohe horného úvratu, a pritom uzatvára prepojovací kanál 7 na strane kompresného valca 4. Stlačené pracovné médium je tlakom kompresie i nasávaním následkom pohybu prvého piesta 1 vytláčané z prepojovacieho kanála 7 a iba cez obojsmerný priechod 9 prúdi do expanzného valca 3. Jednosmerný vývod 13 z expanzného valca 3 je pomocou jednosmerného uzáveru 14, napríklad v podobe spätnej klapky, uzavretý. Pracovné médium v expanznom valci 3 prúdi do otvoru 17 v prvom tepelnom výmenníku 10 a okolo jeho teplovýmenných plôch, teda medzi jeho lamelami aj cez medzeru 18. O teplovýmenné plochy prvého tepelného výmenníka 10 sa pracovné médium ohrieva, expanduje, postupne vypĺňa pracovný priestor expanzného valca 3 a stláča prvý piest 1 dole až do jeho medznej dolnej polohy. Motor prejde do fázy znázornenej na obrázku obr. 4 D.

Obrázok 4 D ukazuje stav motora pri krajných polohách piestov 1, 2, kde prvý piest 1, horúci, je dole a druhý piest 2, studený, je v polohe horného úvratu. Vačkový mechanizmus, konkrétne vačka 19 na obr. 4 D vľavo, zaistí krátke zotrvanie piestov 1, 2 v tejto polohe. V polohe, kedy je druhý piest 2 v hornom úvrate, prechádza jeho tŕň 15 cez druhý tepelný výmenník 11 v celom výškovom rozmere druhého tepelného výmenníka 11 a uzatvára obojsmerný priechod 9 z kompresného valca 4. Obojsmerný priechod 9 z expanzného valca 3, situovaný nad prvým piestom 1, je otvorený. Jednosmerný vývod 13 z kompresného valca 4 do regenerátora 8 uzavrel horný okraj druhého piesta 2. Jednosmerný uzáver 14 uzatvára jednosmerný vývod 13 z expanzného valca 4. Prúdenie pracovného média ustane.

Následne sa prvý piest 1 pohybuje nahor a súčasne sa druhý piest 2 pohybuje nadol, ako znázorňuje obr. 4 E. V expanznom valci 3 sa pri pohybe prvého piesta 1 nahor sunie tŕň 15 postupne cez otvor 17 odspodu nahor a tlačí pracovné médium nahor. Prvým tepelným výmenníkom 10 ohriate médium prúdi z expanzného valca 3 cez jednosmerný vývod 13 a obojsmerný priechod 9 do prepojovacieho kanála 7 a v ňom do 5 regenerátora 8.

Nasleduje fáza podľa obr. 3 A. Uvedené fázy 3A až 4E sa v uvedenom poradí opakujú.

V expanznom valci 3 sa pracovné médium ohrieva prostredníctvom prvého tepelného výmenníka 10 teplom privádzaným z vonkajšieho zdroja, tu označeného ako ohrievač 5, napríklad v podobe spaľovacieho motora, pece alebo solárneho tepelného zdroja. Teplo sa akumuluje v regenerátore 8, cez ktorý pracovné 10 médium prúdi striedavo z jednej a druhej strany. V kompresnom valci 4 dochádza k odovzdávaniu tepla z teplonosného média druhému tepelnému výmenníku 11 a odtiaľ je teplo odvádzané k vonkajšiemu odberu prostredníctvom chladiča 6. K najväčšiemu prívodu tepla pre vonkajší odber dochádza, keď sa druhý piest 2 pohybuje dole.

Zoznam vzťahových značiek

1	prvý piest
2	druhý piest
3	expanzný valec
4	kompresný valec
5	ohrievač
6	chladič
7	prepojovací kanál
8	regenerátor
9	obojsmerný priechod
10	prvý tepelný výmenník
11	druhý tepelný výmenník
12	vybranie
13	jednosmerný vývod
14	jednosmerný uzáver
15	tŕň

dno otvor medzera

19, 20 vačka

21, 22 hriadeľ remeň

24, 25 kladka čerpadlo

Claims (10)

1. Stirlingov motor zahŕňajúci dva piesty (1, 2) pohyblivé každý v jednom valci (3, 4), regenerátor (8), ohrievač (5) ako zdroj tepelnej energie a chladič (6) ako odberné miesto tepelnej energie, kde ohrievač (5) aj chladič (6) sa nachádzajú mimo valcov (3, 4) a regenerátor (8) sa nachádza v prepojovacom kanáli (7), ktorý prepája pracovný priestor prvého valca (3) s pracovným priestorom druhého valca (4), pričom prepojovací kanál (7) je k pracovnému priestoru valcov (3, 4) pripojený prostredníctvom obojsmerných priechodov (9), vyznačujúci sa tým , že oba piesty (1, 2) sú každý vybavený aspoň jedným vybraním (12) a v pracovnom priestore každého valca (3, 4) sa nachádza aspoň jeden tepelný výmenník (10, 11) uložený aspoň sčasti v tomto vybraní (12) pri aspoň niektorej pracovnej polohe piesta (1, 2), pričom tepelný výmenník (10) uložený vo vybraní (12) prvého piesta (1) je pripojený k ohrievaču (5) a tepelný výmenník (11) uložený vo vybraní (12) druhého piesta (2) je pripojený k chladiču (6).

2. Stirlingov motor podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým , že z pracovného priestoru každého valca (3, 4) je vyvedený jednosmerný vývod (13) do regenerátora (8), a to na inom mieste, než sa nachádza obojsmerný priechod (9).

3. Stirlingov motor podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým , že každý jednosmerný vývod (13) z valca (3, 4) je v mieste výstupu z valca (3, 4) vybavený jednosmerným uzáverom (14).

4. Stirlingov motor podľa nárokov 2 a 3, vyznačujúci sa tým , že telo piestov (1, 2) zahŕňa tŕň (15), pričom obojsmerný priechod (9) z príslušného valca (3, 4) do prepojovacieho kanála (7) sa nachádza nad týmto tŕňom (15) a pričom pri polohe horného úvratu piesta (1, 2) tŕň (15) tesne dosadá na obojsmerný priechod (9) tak, že pri uvedenej polohe piesta (1, 2) je obojsmerný priechod (9) tŕňom (15) uzavretý.

5. Stirlingov motor podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým , že tŕň (15) vybieha z dna (16) vybrania (12).

6. Stirlingov motor podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým , že tepelné výmenníky (10, 11) každého valca (3, 4) sú vybavené otvorom (17) na pohyb tŕňa (15) a pri polohe piesta (1, 2) v hornom úvrate sa tŕň (15) nachádza v tomto otvore (17) a prechádza cez tepelný výmenník (10, 11) vo výškovom smere.

7. Stirlingov motor podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým , že tepelné výmenníky (10, 11) svojou hornou časťou tesne dosadajú na čelo valcov (3, 4) a pri polohe horného úvratu piestov (1, 2) zapadajú do vybrania piesta (1, 2) celé tieto tepelné výmenníky (10, 11) a dookola sa nachádza obvodová medzera (18) na prúdenie pracovného média, pričom jednosmerné vývody (13) do regenerátora (8) sa nachádzajú nad piestami (1, 2) a pri polohe horného úvratu piesta (1, 2) je jednosmerný vývod (13) piesta (1, 2) v uvedenej polohe týmto piestom (1, 2) uzavretý.

8. Stirlingov motor podľa nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým , že v oboch valcoch (3, 4) sa nachádza tepelný výmenník (10, 11) typu lamelový s kvapalinovým okruhom.

9. Stirlingov motor podľa nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým , že piesty (1, 2) majú rovnobežné osi a sú vybavené vačkovým mechanizmom typu zdvih-pokles-oneskorenie.

10. Stirlingov motor podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým , že vačky (19, 20) vačkového mechanizmu sú mechanicky spojené na otáčavý pohyb rovnakým smerom a s rovnakým počtom otáčok.